Hier beschreibe ich den Aufbau meiner selbst entwickelten CNC-Steuerung zur Ansteuerung meiner selbst gebauten CNC-Fräse (Teil 1 von 2).
Inhaltsverzeichnis
Anforderungen
Meine Anforderungen an die Elektronik waren:- 4 Achsen (wobei vorerst nur 3 Achsen verwendet werden)
- Schaltbare Spindel und Kühlung
- Mikroschrittfähig (elektronisch umschaltbar)
- USB-Anschluss
- Endtaster, die das Weiterfahren hardwareseitig verhindern (nicht nur durch die Software)
- Drei einstellbare Betriebsmodi
- PC (Steuerung der Fräse durch die Software)
- Extern (Steuerung der Fräse über einen externen Anschluss für evtl. spätere Erweiterungen)
- Manuell (Steuerung per Hand → Abschalten der Phasenströme)
- Display mit Auswahlmenü
- Eingang für Längensensor
- Diverse LEDs
Prinzipielle Umsetzung
Nach ein bisschen Überlegen, wie ich meine Wünsche am besten in die Realität umsetzen kann, habe ich mich zu folgendem Prinzip entschlossen:
An den PC schließe ich per USB-Schnittstelle den SmoothStepper an, der mir dann die Befehle auf den Parallelport umsetzt.
Kurze Anmerkung:
Manche werden sich jetzt bestimmt denken, warum ich nicht einfach einen normalen USB → Parallel-Umsetzer für ein paar Euro gekauft habe.
Das hatte ich mir am Anfang auch überlegt, aber nach längerem Recherchieren bin ich zu der Erkenntnis gekommen, dass dies nicht funktionieren wird, da solch ein Umsetzer per USB-Treiber in Windows eingebunden wird und das Fräsprogramm allerdings direkten Zugriff auf die Schnittstelle benötigt (falls es doch gehen sollte, dann wäre ich um eine kurze Info dankbar).
Der SmoothStepper ist zwar ziemlich teuer, aber viele Alternativen gibt es leider nicht, wenn man einen USB-Anschluss haben möchte.
Allerdings funktioniert der SmoothStepper soweit ich weiß nur mit der Software "Mach3".
Nach dem SmoothStepper folgt dann eine Optokoppler-Platine, um den PC von der Steuerung galvanisch zu trennen. Mit der Optokoppler-Platine sind dann meine drei selbst entworfenen Platinen verbunden, an denen letztendlich alle Ein-/Ausgabe-Elemente angeschlossen werden.
Steuerungsplatinen
Platine "Switch"
Diese Platine hat folgende Hauptaufgaben:- Zentrale Schnittstelle, an der die Platinen "µC" und "Limit Switches (Axes)" angeschlossen werden
- Umschalten zwischen PC und externer Signalquelle
- Not-Aus
- Anschluss der Endstufen
Den Schaltplan als PDF gibt es hier: Schaltplan Platine "Switch"
Platine "Limit Switches (Axes)"
Die Aufgaben dieser Platine sind:- Anschluss der Endtaster
- Hardwareseitiges Verhindern der Weiterfahrt, wenn Endtaster betätigt ist
Den Schaltplan als PDF gibt es hier: Schaltplan Platine "Limit-Switches (Axes)"
Platine "µC"
Die Hauptaufgaben dieser Platine sind:- Steuerung des Auswahlmenüs (Display)
- Steuerung der Relais für Spindel und Kühlung
- Signal für Multiplexer der Platine "Switch" ausgeben
- Festlegen der Schrittzahl der Endstufen
Den Schaltplan als PDF gibt es hier: Schaltplan Platine "µC"
Endstufen
Die mikroschrittfähigen Endstufen habe ich natürlich gekauft, da der Selbstbau zu zeitaufwändig wäre. An diesen Endstufen kann man die Schrittzahl per DIP-Schalter einstellen. Allerdings möchte ich die Schrittzahl elektronisch über den Mikrocontroller verstellen können. Also musste ich die Endstufen zerlegen und parallel zu den DIP-Schaltern eine Flachbandleitung anlöten.
Stromversorgung
Um die Stromversorgung musste ich mich natürlich auch noch kümmern. Bei Ebay konnte ich einen 800VA-Ringkerntrafo relativ günstig ersteigern, der natürlich absolut überdimensioniert ist, aber schaden kanns ja auch nicht. Da solch ein Ringkerntrafo die blöde Eigenschaft hat, die Sicherung beim Einschalten fliegen zu lassen, musste ich mir hierfür natürlich auch noch eine Schaltung ausdenken.
Den Schaltplan als PDF gibt es hier: Schaltplan Stromversorgung
Aufgebaut sieht das dann so aus:
